CZĄSTKI ELEMENTARNE

Od wieków ludzie zastanawiali się, co jest podstawowym budulcem otaczających nas przedmiotów i przyrody. Pierwsze odpowiedzi dawała filozofia, przypuszczano, że podstawowymi składnikami jest kilka żywiołów: np. woda, ziemia, powietrze i ogień.

Filozoficzny charakter miała też teoria atomów rozwijana przez Demokryta. Dopiero później metodami chemicznymi potwierdzono istnienie atomów i zidentyfikowano dziesiątki pierwiastków.

W XIX w. okazało się, że atomy mają złożoną strukturę i potwierdzono istnienie elektronu - pierwszej cząstki elementarnej. Do cząstek elementarnych zaliczono wkrótce także składniki jądra atomowego - protony i neutrony - oraz dziesiątki nowych cząstek poznawanych w XX w. Ta tradycyjna nazwa jest nadal używana, choć w 1968 r. wykazano złożoną strukturę protonów.

W teorii zwanej Modelem Standardowym podstawowymi składnikami materii są kwarki i leptony, którym towarzyszą przenoszące oddziaływania bozony pośredniczące.  W przystępny sposób opisane jest to w "Przygodzie z cząstkami".

Gołym okiem możemy zobaczyć wyraźną kropkę o rozmiarach od 0,01 mm. Atomy są 1 000 000 razy mniejsze i mamy szansę je zaobserwować jedynie przy użyciu najlepszych mikroskopów elektronowych.  Najbardziej podstawowe cząstki elementarne (elektrony i kwarki) są jeszcze co najmniej 100 000 000 razy mniejsze, dlatego do ich badania konieczne są specjalne urządzenia pozwalające zderzać je ze sobą i badać skutki ich oddziaływań. Najnowszym takim urządzeniem jest akcelerator - zderzacz protonów i jąder LHC (Large Hadron Collider) w CERN.  Fizycy z IFJ pracują w kilku eksperymentach działających przy tym akceleratorze.

ATLAS jest eksperymentem uniwersalnym, badającym szeroki zakres zagadnień fizycznych. To jego zadań należą m.in.:

·poszukiwanie nie odkrytego dotąd bozonu Higgsa, który w Modelu Standardowym odpowiada za nadanie masy innym cząstkom;

·sprawdzenie, czy istnieją dodatkowe wymiary w czasoprzestrzeni;

·poszukiwanie cząstek, które wchodzą w skład ciemnej materii, której istnienie potrzebne jest do wyjaśnienia obserwacji astronomicznych

ALICE to eksperyment zaprojektowany specjalnie dla badania zderzeń jąder ołowiu, w których powstaje materia o ogromnej gęstości energii, takiej jaka występowała niedługo od powstania Wszechświata.

LHCb jest eksperymentem wyspecjalizowanym do badania niewielkich różnic między materią i antymaterią, ma on szansę odpowiedzieć, dlaczego we współczesnym Wszechświecie  dominuje zwykła materia.

Badania cząstek elementarnych z udziałem fizyków z IFJ prowadzone są także przy wykorzystaniu aparatury pracującej w innych laboratoriach, np. w Japonii. Pomiary cząstek uzyskiwanych w zderzeniach elektron-pozyton prowadzi eksperyment BELLE natomiast oddziaływania neutrin są lub będą badane w eksperymentach ICARUS, T2K i WARP.

Kontakt: Krzysztof Woźniak